氟元素的生物效应

氟元素的生物效应李慧兰

华北煤炭医学院药学系二班摘要：本文通过检索本领域相关资料文献并经过深入分析整理和归纳，总结氟元素生物、工业、环境作用关键词：微量元素工业科技环境影响综述氟元素是原子半径很小，电子亲和能大和电负性很大的元素，在自然界中主要以难溶化合物的形式存在，如萤石、冰晶石等，下面是氟元素的生物效应。1、人体不可或缺的微量元素1、氟的营养机制1.1氟在机体中的分布 各种动物软组织中氟的浓度在正常情况下较低，且不随年龄而增加。除骨骼和牙齿外，任何组织都不具浓缩氟的作用。畜体内95%以上的氟集中于骨骼和牙齿。正常成年放牧动物，其全部脱脂干骨里氟的浓度是300〜600mg/kg之间，牙齿的氟浓度在200〜550mg/kg之间（无脂干物质基础）。由于氟不易通过胎盘和乳腺屏障，故动物胚胎及新生幼畜的组织器官含氟量较母体低。正常牛乳中仅含1〜2mg/kg氟（干物质基础）。与家畜相反，禽类若采食高氟日粮，其摄入之氟很易转移至蛋中，尤其是蛋黄中。采食正常含氟量日粮的母鸡，其蛋黄氟含量为0.8〜0.9mg/kg，若补饲2%磷酸盐矿石粉后，则氟可高达3mg/kg。牙齿对血浆氟浓度变化非常敏感，当浓度达0.5mg/kg时，牙齿会出现严重损害，尿中氟含量基本上能反映动物的日粮氟浓度。1.2氟的代谢饲料中的氟化物很易被胃肠吸收，小肠为氟吸收的主要部位，吸收的氟都是以氟离子的形式很快地分布于整个机体内。氟离子很易通过细胞膜，骨骼对氟的摄取主要决定于其生长活性。氟的排泄途径主要通过肾脏随尿排出，少量在汗和粪便中排出。1.3氟的营养机理氟在骨骼中的贮藏实质上是被组合进入羟基磷灰石的晶体中，但F-不能代替骨中的PO3-4,不过骨的氟化可使其中的碳酸盐降低，即F-可置换骨中的CO2-3，而有利于骨骼组织的成熟，提高骨骼硬度，防止骨骼空洞。氟对牙齿的形成也有类似作用。氟磷灰石结晶能取代牙齿形成期间一些正常贮存的羟基磷灰石结晶，氟还可以使由碳水化合物产生的酸性细菌酶失去活性，因此能保持牙齿健康及抑制牙齿表面酶和酸细菌的代谢过程。于氟的其他功能，尤其是对动物生长方面的作用，最近有人用鼠进行了饲养研究，饲喂含氟0.04mg/kg的饲料，发现添加氟可促进鼠的生长，还能降低钙在动物主动脉中的沉积。2、氟与各种营养物质代谢的关系2.1氟与水水是生命之源，任何动物每天必需摄入一定量的水分。江河水含氟量在0.1〜0.5mg/kg，地下水由于受地理环境的影响含氟量变化较大，在我国含氟低的地区为0.007〜0.2mg/kg，高的地区则达32〜40mg/kg，一般温泉中含氟较高，有的高达300mg/kg。饮水中的氟一般以游离形式存在，极易被动物吸收，其吸收率大于饲料中的氟。在实际应用中我们应注意高氟区的水，若不经过脱氟措施，长期摄入高氟水可引起动物慢性中毒和氟骨症、氟斑牙等，对氟敏感的动物如牛则可直接诱发急性中毒。2.2氟与蛋白质蛋白质对氟起抑制作用，但在动物体内到底以何种方式起抑制作用，还待进一步研究（Parker，1979；Rao，1984；Carol，1987）。氟的增加也能影响蛋白质在组织器官中的沉积（Kath—palia，1978）。Kahpalia（1978）等报道，家兔喂以50mg/kg体重的氟，软组织中蛋白质含量降低10%〜46%，胃中蛋白质降低最多，可能是因为胃是氟最先作用的靶器官。2.3氟与脂类脂类促进氟的吸收，高氟日粮则降低脂质的吸收（Suttie，1960）氟通过影响一些参与脂类代谢的酶的活性而影响脂类代谢，氟被确认为脂酶、骨源性磷酸酶和酯酶等多种酶系统的抑制剂。4氟与维生素多年来，人们发现氟骨症和VC缺乏症存在相关性。孩子患氟斑牙最明显的是VC缺乏地区。Barnes(1972)等研究证明，VC参与赖氨酸和蛋白质合成骨胶原，而氟作用的靶组织也是胶原。VD可促进钙的吸收，钙和氟在肠道内具拮抗作用，当过量氟结合钙过多时，VD会促进钙的主动运输，诱导小肠内膜细胞中钙结合蛋白的形成，从而更利于促进氟的排出。近年来，人们通常添加VD、钙和氟来弥补动物体的矿化不完全但得出结果不一致。Aliew等(1981)多个试验说明，VE的摄入能明显防止氟对大鼠骨髓细胞染色体的破坏作用。VE缺乏症与氟中毒的病症，如肌肉无力。血管易脆和血胆红素升高等症状一致。后两种病在人医中用VE已能治愈，其原因可能是VE具有保护细胞免受自由基氧化的作用，而氟离子反过来影响细胞氧化过程，促进自由基氧化，因此VE能防止氟中毒引起的某些病症。5氟与矿物质氟与钙之间具有拮抗作用。Rogler(1972)的研究表明，钙的添加可降低血浆中和骨灰分中氟的含量，具有减缓氟中毒的作用。通常畜禽饲料中80%的氟能被吸收，如果加入钙，氟的吸收降至50%。氟与钙的拮抗机理主要是钙通过影响氟的吸收来完成的。镁能拮抗氟化物的毒性。当饲料中镁的含量较低时，即使氟的含量不高，也会引起氟中毒，但是加入镁之后，即使氟的含量较高，也不会中毒。目前一般认为，过量的氟可抑制体内某些酶的活性，而镁是某些酶的激活剂，添加镁可使氟对酶的影响减弱。此外镁与氟还具有互补作用。有研究表明，氟化物的投入可预防因缺镁而产生的软组织钙化和大动脉损伤。人们在20世纪50年代就发现铝可以缓解氟中毒。Weddle的研究表明，水和食物中铝含量较高，可干扰氟在肠道内的吸收。Hokbs等认为，铝和氟强烈络合，抑制氟在肠道内吸收，降低骨骼中氟的浓度，并可减轻动物氟中毒的病情。因此一般认为铝的抗氟作用在于降低消化道对氟的吸收。Elsair等(1979)研究表明，硼对急性和慢性氟中毒均有缓解作用。同济大学(1989)发现，硼能减轻氟对肾功能和其结构的损伤，促进机体排毒。学者们认为，硼与氟可形成毒性较低的络合物(BF4)，不仅在胃肠道进行该反应，而且在动物机体内其他部位也可能发生，从而减少氟的生物学毒性。硒能使血钙升高，血氟排出量增加，促进尿氟排出，胃氟含量降低。杜晓认为饲料中添加2mg/kg硒，排氟能力最佳。王俊东等的研究说明，硒可通过细胞膜的完整性与免疫功能来提高对氟的拮抗能力。边建朝等(1994)报道，低硒高氟地区补硒后，可提高动物机体抗氧化能力，减轻脂质过氧化对机体的损伤，同时能抬抗其体内的高氟。3、 氟对免疫功能的影响3.1动物体液免疫功能的影响体液免疫为B细胞介导的免疫应答反应。许多试验证明，NaF能明显抑制小鼠和大白兔的抗体反应。血循环中抑制抗体产生的氟浓度为0.788mg/L0T晓红等发现，慢性氟中毒大鼠血清中抗绵羊红细胞抗体、脾溶血空斑形成细胞均较对照组显著降低(PV0.01)，表明慢性氟中毒大鼠合成抗体能力降低，血清抗体水平下降。立端等用小剂量氟短时间对小鼠免疫功能影响的研究发现，低剂量氟短时间使机体抗体水平升高，高剂量长时间则使机体抗体水平下降。吴岩等认为，氟可能通过抑制DNA和蛋白质合成以及抑制体内多种酶系的活性，致使B淋巴细胞发育受阻，导致能分泌免疫球蛋白的B淋巴细胞数量减少，浆细胞产生抗体过程受到抑制，从而导致体液免疫功能下降。2氟对细胞免疫的影响细胞免疫主要是指由T淋巴细胞及其淋巴因子介导的免疫应答，以及吞噬细胞的吞噬作用等。Sein试验显示，高剂量NaF(30mg/kg)组小鼠脾细胞对辅酶A诱导的增殖反应显著增强(PV0.05)，NaF免疫毒性以细胞免疫功能最为敏感，在NaF剂量为10mg/kg・d时，即可引起动物外周血淋巴细胞转化功能下降。Dulac等(199)研究结果显示，氟化物可使T淋巴细胞数量降低，酸性a一醋酸萘酯酶(ANAE)活性下降，损害机体细胞免疫功能。吴岩等(1995)认为，氟对细胞免疫毒性的作用可通过以下途径实现：1)通过抑制DNA和蛋白质合成，使淋巴细胞代谢和增殖受到抑制，从而使机体淋巴细胞产生减少；2)氟能诱发淋巴细胞染色体发生形态上的改变，从而影响细胞正常增殖，导致淋巴细胞减少；3)通过氟对机体多种酶的抑制作用，使淋巴细胞免疫活性降低。3.3对细胞因子产生的影响 细胞因子是指由细胞分泌的、能调节细胞功能的多肽。在免疫应答中，细胞因子对细胞间的相互作用、细胞生长和分化起重要调节作用。白细胞介素(InterLeukins，IL)在细胞因子的研究中占重要地位，在免疫系统中起重要调控作用。白细胞介素-2(IL—2)由T细胞产生，可促进T细胞和B细胞的增殖和分化，加强T细胞抗病毒活性。IL—2在免疫缺损状态下可增进免疫功能，目前已被应用于肿瘤免疫治疗中。白细胞介素-6(IL—6)可作为B细胞分化因子促进B细胞分化，产生抗体IgG、IgI、IgM等。丁晓红(1995)等研究表明，慢性氟中毒大鼠脾脏细胞分泌IL—2和IL—6活性均显著下降(PV0.01)，进一步加重抗体免疫功能受损害的程度。二、工业生产、科学研究上的作用元素氟的直接利用和原子能工业的发展有着密切的关系。自从发现U-235的原子核具有裂变性质之后，科学家们立即研究分离U-235和U-238两种同位素的方法，在铀化物中UF6具有挥发性，因而可以用F2将UF4氧化成UF6,然后用气体扩散法将两种铀的同位素分离。SF6是很稳定的材料，在高温下也不分解，是理想的气体绝缘材料。许多机氟新结构的出现引人注目，由于氟元素和氟基团导入分子后许多有机氟新使其电子效应加强，在有机体内的脂溶性和渗透性大大增强、生物活性往往有很大改进。例如氟酰胺是优良的杀鼠剂，氟氯氰菊酯是一种新杀螨剂、CC13F是很好的杀虫剂。兰索拉唑为一新型抑制胃酸分泌药物，其结构特点是侧链中导入氟元素的取代苯并咪唑化合物，使其生物利用度较奥美拉唑提高了30%以上，而对幽门螺杆菌的抑菌活性比奥美拉唑提高了4倍。CBr2F2是高效的灭火剂，聚四氟乙烯是塑料王，液态氟也是火箭、导弹和发射人造卫星所用的高效燃料。3、环境的影响因氟利昂稳定，不易燃烧也无毒，比热相对较高，被广泛用作冰箱和空调的冷却剂，当氟利昂从产品中释放到大地，并上升到平流层，氟利昂被紫外线分解，生成氯原子，氯原子会催化臭氧，而臭氧量减少，使射入地表的辐射剂量增加，对地球上的生命造成极大危害，如破坏人体内的脱氧核糖核酸，是人类患皮肤癌、白内障和免疫系统疾病的危害。全氟烃和六氟化硫会引起温室效应。综述：氟元素作为人体不可缺少的微量元素使人体必不可少的元素，我们在日常生活中必须注意氟元素的量的问题，少了多了均会对人体产生有害影响，同时氟元素科学前景是相当广泛的，但它所造成的环境污染也不可忽略。参考文献：【1】吴晴斋.微量元素与人体健康.北京:人民卫生出版社,1989【2】张继割，毛淑贤.人体必需微量元素与人类健康.甘肃科技,2005(3)【3】嘉义；基础化学，人民卫生出版社，2000【4】［韩］李钟镐著李婷婷译；漫游诺贝尔奖创造的世界化学之旅，：接力出版社，2004【5】刘新锦，朱亚先,高飞:无机元素化学，人民卫生出版，2000【6】刘国艳；鸡氟中毒的毒理学研究［D］;东北农业大学;2000年【7】郭晓英；氟对大鼠肝脏功能和形态的影响及与氧化应激关系的实验研究［D］;中国医科大学;2003年【8】张传强;抗氟复方当归散最佳组方的筛选及其作用机理研究［D］;内蒙古农业大学;2007年【9】焦有,杨占平，付庆，王留好.氟的危害及控制.生态学杂志,2000年第5期【10】张维东；氟诱发甲状腺肿的分子病理学研究[D];甘肃农业大学;2008年相似外文相似会议【11】李雨民，李玉坤，张宇光,孙元明，邱明才；氟化钠对大鼠破骨样细胞及其凋亡的影响[J];中国骨质疏松杂志;2001年04期【12】王振刚.环境卫生学.北京:人民卫生出版社,2000【13】何英华，冯志民，姚晓玲.饮水中氟含量对人体健康影响的调查报告.中国卫生工程学,2000(1)【14】郑华，安志华.氟及其化合物的污染与人体健康.职业技术(上半月),2003【15】胡晓春，王万成，于维先,申玉芹.锌硼钡锰与氟在脱涎鼠龋病形成过程中的作用.口腔医学研究,2004年第4期【16】何汉.氟对人胎儿的影响.中国地方病防治杂志,1989(3)【17】白云,刘凤贞.镁与氟相互作用的研究近况.环境与健康杂志,2001(1)【18】郄文娟，黄鸿雁，李素娟,王希军.两种必需微量非金属元素的生物功能.微量元素与健康研究,2001(3)【19】曹学义.地方病学导论.乌鲁木齐:新疆人民出版社,1987【20】曹静祥，严本武,张淑兰，方钦，孙淑庄.高硒高氟环境与人体健康关系的研究.卫生研究,1996(5)【21】曾昭华，曾雪萍.氟、氯、漠、碘等卤族元素与人体健康的关系.湖南地质,2002(3)【